這篇論文主要介紹的是思維導圖在大學化學熱力學教學的應用的內容，本文作者就是通過對思維導圖的相關內容做出詳細的闡述與介紹，特推薦這篇優秀的文章供相關人士參考。

　　關鍵詞思維導圖;熱力學;大學化學

　　大學化學課程主要是面向工科專業的一年級大學本科生開設的一門普適性化學課程。目前，翻轉課堂、MOOC課程、智慧課堂等新的教學理念和方法不斷涌現，但最重要的還是內容，尤其是當下知識的碎片化較突出。如何運用有效的教學方法和手段，結合教學內容要求，取得良好的教學效果是每位教師都在思考的問題[1]。思維導圖法在大學化學[2-3]、物理化學[4-5]、分析化學[6]和有機化學[7]等化學相關學科的教學中取得了良好的效果。大學化學課程最主要的知識內容是關于化學反應的基本原理方面的，其中化學動力學的內容是最重要的部分。筆者側重大學化學課程熱力學內容，以思維導圖的形式進行了教學嘗試，將一次課的內容凝練梳理在一頁PPT上，以強化知識的系統性、層次性和聯系性，結合合適的切入點及順序進行講解，從而提高學生對所學知識的掌握，以及培養學生概括知識的能力，取得了良好的教學效果。對于化學反應的基本原理部分中有關化學反應的方向和限度的內容，按我校大學化學課程選用的教材[8]和教學大綱的要求，結合其他物理化學和無機化學等化學教材相關內容[9-11]，對該部分的知識進行了凝練梳理。本文內容是用3次課來完成，每次課凝練成一個字母，分別是H，G和K。當然若時間允許也可以4次課，每次課一個字母：H，S，G和K。

　　1焓

　　第一次課重點講焓，字母“H”，含義為等壓熱，見圖1。主要內容包括熱力學第零定律和第一定律。具體涉及基本概念：熱、功、系統內能、焓、Hess(蓋斯)定律及熱力學標準態等。首先，由反應熱的概念：“在等溫下化學反應過程中系統所放出或吸收的熱量”，引出相關的基本概念和詞匯，如，等溫、系統與環境、相與態、狀態函數與過程函數、化學反應方程式、反應進度與摩爾反應熱、吸熱與放熱等，并進行內涵外延講解。進一步引出反應熱的計算式(q=C·ΔT)，從而引出熱力學第零定律，進一步介紹溫標，以及概念熱容和比熱容。再由等壓熱數值等于焓變(qp=ΔH)，先引出焓的定義式(H≡U+pV)，后引出熱力學第一定律的數學表達式(ΔU=q+w)，進一步引出功(w)，體積功(wexp)和非體積功(wnonexp)，內能變(ΔU)，以及等容熱的數值等于內能變(qV=ΔU)。結合過程函數等壓熱與等容熱的數值特定條件下等于狀態函數的數值引出Hess定律，以及等壓熱與等容熱的定量關系(qp=qV+RTΔn)。再介紹熱力學標準態的規定。突出強調混合氣體和溶液。最后介紹有關焓的計算。焓值零數值的規定，強調指定單質。反應的標準摩爾焓變(ΔrHm)與物質的標準摩爾生成焓(ΔfHm)的定量關系。

　　2Gibbs自由能

　　第2次課重點講Gibbs(吉布斯)自由能，字母“G”，含義為化學反應的可能性，見圖2。主要內容包括熱力學第二定律和第三定律及Gibbs自由能，具體涉及熵及熵增加原理(ΔS≥0)，Gibbs自由能及Gibbs自由能減小原理(ΔG≤0)，Gibbs等溫方程式(ΔG=ΔH-TΔS)及熱力學等溫方程式(ΔG(T)=ΔG(T)+RTlnQ)，又稱范特霍夫等溫方程式。對于符號，在不會產生歧義的情況下，經常將下腳標“r”和“m”省略。首先，拋出判斷給定條件下反應的自發性方向的判據是Gibbs自由能的數值小于零(ΔG<0)。引出熱力學等溫方程式(ΔG(T)=ΔG(T)+RTlnQ)，強調標準態Gibbs自由能(ΔG(T))與非標態Gibbs自由能(ΔG(T))的區別，重點介紹任意溫度下的標準摩爾反應Gibbs自由能(ΔG(T))，順便提一下反應商(Q)：壓力商(Qp)和濃度商(Qc)。Fig.2MindmappingofGibbsfreeenergy圖2Gibbs自由能的思維導圖在介紹任意溫度下的標準摩爾反應Gibbs自由能(ΔG(T))時，引出Gibbs自由能的定義式(G≡H-TS)，進一步引出Gibbs等溫方程式(ΔG=ΔH-TΔS)以及對Gibbs等溫方程式的討論，臨界轉變溫度(Tc=ΔH/ΔS)等。由Gibbs等溫方程式的熵效應項引出熵，字母S，其含義為亂度。從而介紹宏觀Clausius熵概念(ΔS=qrev/T)和微觀Boltzmann熵(S=klnΩ)概念，進而引出熱力學第二定律(熵增加原理)和熱力學第三定律(規定了熵零值)等。進一步介紹規定熵(Sm)及標準摩爾反應熵變(ΔrSm)。以及依據一般自發過程能量是由高向低的思想，將熵增加原理轉化為Gibbs自由能減小原理(ΔG=-TΔStot)，處理封閉體系時更容易理解。再介紹有關Gibbs自由能零值的規定，以及標準摩爾反應Gibbs自由能(ΔrGm)和物質的標準摩爾生成Gibbs自由能(ΔfGm)。進一步列表比較焓、熵和Gibbs自由能3種狀態函數的區別與相似，如零值的規定，生成與規定值，反應值，與溫度的關系等。最后介紹有關Gibbs自由能的計算，突出強調Gibbs自由能與溫度有關。非標態時使用熱力學等溫方程式，標態準時，又分為常溫和非常溫，非常溫要使用Gibbs等溫方程式。還有臨界溫度的計算等。2019年第40卷第10期化學教育(中英文)(http：∥www.hxjy.org)·13·

　　3平衡常數

　　第3次課重點講平衡常數，字母“K”，含義為化學反應的轉化率，見圖3。主要包括平衡移動原理和范特霍夫等壓方程。具體涉及多重平衡原則、理查德里平衡移動原理和范特霍夫等壓方程等。首先，表明對于熱力學等溫方程式(ΔG(T)=ΔG(T)+RTlnQ)，當Gibbs自由能等于零(ΔG(T)=0)的時候，反應的驅動能消耗盡的時候，為化學反應的限度，即平衡態(ΔG(T)+RTlnQeq=ΔG(T)+RTlnK=0)。從而導出反應的標準平衡常數與標準Gibbs自由能的定量關系(lnK=-ΔG/(RT))。進一步由Gibbs自由能為容量性質具有加和性(ΔG1+ΔG2=ΔG3)，而對應的標準平衡常數是對數形式，從而得到多重平衡原則(K1×K2=K3)。由反應商與標準平衡常數的比值(Q/K)，與數值1進行比較來判定平衡的移動，從而引出LeCh�{telier(理查德里)平衡移動原理。進一步討論等溫下濃度、壓力、局外氣體等對平衡移動的影響。由標準平衡常數的定義式，即lnK=-ΔG/(RT)，可知標準平衡常數是溫度的函數，與濃度無關，為量綱為一的量。將標準平衡常數的定義式(lnK=-ΔG/(RT))帶入Gibbs等溫方程式(ΔG=ΔH-TΔS)，從而得到Van’tHoff(范特霍夫)等壓方程式(lnK=-ΔH/(RT)+ΔS/R)。進一步對該式進行討論，畫出吸熱、放熱及恒溫時的圖線，并進行比較說明。最后，提一下實驗平衡常數(K)，實驗平衡常數與標準平衡常數(K)區別，以及濃度與壓力平衡常數之間的關系(Kp=Kc(RT)Δn)。再提一下平衡常數與反應速率常數的關系(Kc=k+1/k-1)，為后邊講化學反應動力學做個過渡銜接。

　　4總結

　　基于使用思維導圖法教學實踐，筆者認為思維導圖法是個有效的教學方法。將每次課的知識結構進行凝練梳理在一頁PPT上，結合合適的切入點及順序進行講解，使學生在掌握知識的系統性、層次性和聯系性等方面得到了加強。啟迪了學生的思維，厘清了知識的脈絡。

　　參考文獻

　　[1]周明娟，張穎，于苗，等.大學化學，2018，33(11)：67-69

　　[2]李銀環，李欣慰，何洪宇，等.大學化學，2018，33(11)：98-105

　　[3]程春英，木合塔爾·吐爾洪，阿里木江·艾拜都拉，等.化學教育，2015，36(22)：15-18

　　[4]陳亞芍，寧清茹.大學化學，2017，32(3)：24-29

　　[5]梁紅蓮，傅麗，趙娣，等.化學教育(中英文)，2017，38(20)：17-22

　　[6]黨雪平，陳懷俠，黃建林，等.大學化學，2018，33(11)：106-110

　　[7]陳博，陳凱，薛蒙偉，等.大學化學，2009，24(2)：67-70

　　[8]浙江大學普通化學教研組.普通化學.6版.北京：高等教育出版社，2011

　　作者：楊青林 劉克松 單位：北京航空航天大學化學學院